[发明专利]一种具有热变形误差补偿的五轴小龙门数控加工中心

权利要求书

1.一种具有热变形误差补偿的五轴小龙门数控加工中心，其特征在于，所述数控加工中心的热变形误差的补偿方法包括如下步骤：

步骤1，确定所述数控加工中心的热敏感区域：

步骤2，对所述热敏感区域进行传感器布点并进行温度测试试验，采集试验数据，确定热敏感点；

步骤3，采集所述热敏感点的温度数据，建立热敏区域的空间温度间断模型，分析热传导对主轴温度变化的特性，进一步建立温度连续感知模型；

步骤4，对测量得到的温度及对应的热误差值进行数据处理，建立热误差连续模型；

步骤5，实时获取主轴在整个热敏感区域的温度，根据所述步骤4所建立的热误差连续模型得到主轴的几何热误差，将该几何热误差通过几何运动学模型转化成主轴末端三维位置误差，最终根据该主轴末端三维位置误差量移动坐标系的参考原点；

步骤6，最后将该热变形误差的补偿方法集成到所述五轴小龙门数控加工中心的数控系统中进行温度补偿控制；

所述步骤3进一步包括：采集热敏感点的温度数据，建立热敏区域的空间温度间断模型，分析热传导对主轴温度变化的特性，采用最小二乘拟合法对相邻热敏点间的温度进行拟合，建立任意两热敏点间的非线性温度估计模型，进一步得到主轴在整个热敏区域的实时连续温度感知模型。

2.如权利要求1所述的一种具有热变形误差补偿的五轴小龙门数控加工中心，其特征在于，所述步骤1进一步包括：分析主轴热敏感点的影响规律，采用有限元方法对机床热态特性进行分析，得到机床的热敏感区域。

3.如权利要求2所述的一种具有热变形误差补偿的五轴小龙门数控加工中心，其特征在于，所述步骤2进一步包括：对热敏感区域进行传感器布点并进行温度测试试验，采集试验数据，采用聚类分析方法对热敏感区域的温度传感器的数量进行优化，根据传感器测量范围建立传感器位置分布模型，并采用粒子群算法对温度传感器的位置进行布置筛选，最终确定热敏感点。

4.如权利要求3 所述的一种具有热变形误差补偿的五轴小龙门数控加工中心，其特征在于，所述步骤4进一步包括：间断测量得到主轴热敏感区域温度对应的几何热误差值，其中热敏感区域的温度由温度连续感知模型得到，采用插值算法对测量间隔点间的温度值和几何热误差值进行插值，得到主轴整个热敏感区域温度与几何热误差一一对应的估计值，从而建立主轴热误差连续模型。

5.一种具有热变形误差补偿的五轴小龙门数控加工中心，其特征在于，包括：温度测量单元，所述温度测量单元确定所述数控加工中心的热敏感区域；热敏感点确认单元，所述热敏感点确认单元对所述热敏感区域进行传感器布点并进行温度测试试验，采集试验数据，确定热敏感点；温度连续感知模型建模单元，采集所述热敏感点的温度数据，建立热敏区域的空间温度间断模型，分析热传导对主轴温度变化的特性，进一步建立温度连续感知模型；热误差连续模型建模单元，对测量得到的温度及对应的热误差值进行数据处理，建立热误差连续模型；热误差补偿单元，所述热误差补偿实时获取主轴在整个热敏感区域的温度，根据建立的热误差连续模型得到主轴的几何热误差，将该几何热误差通过几何运动学模型转化成主轴末端三维位置误差，最终根据该主轴末端三维位置误差量移动坐标系的参考原点，实现机床主轴热误差的实时补偿；

所述温度连续感知模型建模单元进一步执行：采集热敏感点的温度数据，建立热敏区域的空间温度间断模型，分析热传导对主轴温度变化的特性，采用最小二乘拟合法对相邻热敏点间的温度进行拟合，建立任意两热敏点间的非线性温度估计模型，进一步得到主轴在整个热敏区域的实时连续温度感知模型。

6.如权利要求5所述的一种具有热变形误差补偿的五轴小龙门数控加工中心，其特征在于，所述温度测量单元进一步执行：分析主轴热敏感点的影响规律，采用有限元方法对机床热态特性进行分析，得到机床的热敏感区域。